金属学与热处理原理（第三版）课后答案+全

1、金属学与热处理课后答案第一章1.什么是金属键？并用其解释金属的特性答：金属键就是金属阳离子和自由电子之间的强烈的相互作用，可以决定金属的很多物理性质。金属的延展性就是由于在金属被锻造的时候，只是引起了金属阳离子的重新排布，而由于自由电子可以在整块金属内自由流动，金属键并未被破坏。再如由于自由电子的存在使金属很容易吸收光子而发生跃迁，发出特定波长的光波，因而金属往往有特定的金属光泽。金属中的自由电子沿着电场定向运动，导电性；自由电子的运动及正离子的震动，使之具有导热性；温度升高，正离子或原子本身振动的幅度加大，阻碍电子的通过，使电阻升高，具有正的电阻温度系数2.画图用双原子模型说明金属中原子为什

2、么会呈现周期性规则排列，并趋于紧密排列答：当大量金属原子结合成固体时，为使体系能量最低，以保持其稳定，原子间必须保持一定的平衡距离， 因此固态金属中的原子趋于周期性规则排列。 原子周围最近邻的原子数越多，原子间的结合能越低（因为结合能是负值），把某个原子从平衡位置拿走，克服周围原子对它的作用力所需做的功越大，因此固态金属中的原子总是自发地趋于紧密排列。3.填表：晶格类型原子数原子半径配位数致密度间隙类型间隙半径间隙数目举例原子堆垛方式体心立方2868%八面体0.067a18FeABABAB四面体0.126a24面心立方41274%八面体0.146a13FeABCABC四面体0.08a8密排六方

3、61274%八面体0.146a6MgABABAB四面体0.08a194什么是晶体结构？什么是晶格？什么是晶胞？答：晶体结构：指晶体中原子（离子，原子，分子集团）的具体的排列情况，也就是指晶体中这些质点在三维空间内有规律的周期性重复排列；晶格：将阵点用一系列平行的直线连接起来构成的空间格架。晶胞：构成点阵的最基本单元。5、作图表示出立方晶系（1 2 3）、（0 -1 -2）、（4 2 1）等晶面和-1 0 2、-2 1 1、3 4 6 等晶向6立方晶系的1 1 1晶面构成一个八面体，试作图画出该八面体，并注明各晶面的晶面指数。答：1 1 1晶面共包括（1 1 1）、（-1 1 1）、（1 -1

4、1）、（1 1 -1）四个晶面，在一个立方晶系中画出上述四个晶面。7. 已知铁和铜在室温下的晶格常数分别为0.286nm和0.3607nm，求1cm3中铁和铜的原子数。解：已知铁在室温下是体心立方晶格，每个体心立方晶胞共占有2个Fe原子铜在室温下是面心立方晶格，每个面心立方晶胞共占有4个Cu原子。已知铁在室温下的晶格常数为0.286nm，故每个体心立方晶胞的体积=（0.286）3=0.0234nm1cm3中的晶胞数n=1 cm3/0.0234nm34.271022；1cm3中的原子数N=2n8.541022已知铜在室温下的晶格常数为0.3607nm，所以每个体心立方晶胞的体积=（0.3607）

5、3=0.0469nm3；1cm3中的晶胞数n=1 cm3/0.0469nm32.131022；1cm3中的原子数N=4n8.5210228.钛在冷却到883C时从bcc转变到hcp结构，此时原子半径增加2%，求单位质量的钛发生此转变时的体积变化百分比。解：9.在立方晶系中画出112所有晶面解：晶面族包括（112）（121）（211）（-112）（1-12）（11-2）（-121）（1-21）（12-1）（-211）（2-11）（21-1）10、已知面心立方晶格常数为a，分别计算（100）、（110）、和（111）晶面的晶面间距；并求出【100】、【110】和【111】晶向上的原子排列密度（某晶

6、向上的原子排列密度是指该晶向上单位长度排列原子的个数）答：（100）： dhkl=ah2+k2+l2=a1+0+0=a （110）：dhkl=ah2+k2+l2=a1+1+0=22a（111）：dhkl=ah2+k2+l2=a1+1+1=33a11.何为多晶型转变？以铁为例说明；铁加热到912会发生多晶型转变，如果原子半径不变，试求出此时的体积变化。答：（1）当外部条件（如温度和压强）改变时，金属内部由一种晶体结构向另一种晶体结构的转变称为多晶型转变； （2）Fe在912以下为体心立方结构，称为-Fe；在912-1394时，具有面心立方，称为-Fe； 设Fe原子半径为r, 面心立方中看成面对角

7、线上原子直接接触，所以晶胞半径a=4r/2=22 r。体积为 a3=162 r3,面心立方晶胞含有4个Fe原子； 体心立方体对角线直接接触，所以晶胞半径b=4r/3=2.31r。体积为b3=12.3r3，而体心立方有2个Fe原子，所以4个原子占的体积是12.3r32=24.6r3； 面心/体心=162 r3/（24.6r3）=0.92 综上，由体心变为面心结构，体积减小为原来的92%。12.何谓晶带？何谓晶带轴？画出以【001】为晶带轴的共晶面。解：平行于或相交于同一直线的一组晶面组成一个晶带，这一组晶面叫做共带面，相交的直线叫做晶带轴。13.六方晶系中的（11-21）（1-211）（-321

8、1）（-1-122）晶相中哪些属于【11-23】晶带解：根据点乘等于零可知：（1-211）（-3211）（-1-122）都属于此晶带14、何谓组元？何谓相？何谓固溶体？固溶体的晶体结构有何特点？何谓置换固溶体？影响其固溶度的因素有哪些？答: 组元：组成合金最基本的、独立的物质。 相：合金中结构相同、成分和性能均一并以界面相互分开的组成部分。固溶体：合金组元之间以不同的比例相互混合形成的晶体结构与某一组元相同的固相。固溶体的晶体结构特点：固溶体仍保持着溶剂的晶格类型，但结构发生了变化，主要包括以下几个方面：1)有晶格畸变，2)有偏聚与有序，3)当低于某一温度时，可使具有短程有序的固溶体的溶质和溶

9、剂原子在整个晶体中都按定的顺序排列起来，转变为长程有序，形成有序固溶体。置换固溶体：溶质原子位于溶剂晶格的某些结点位置所形成的固溶体。影响置换固溶体固溶度的因素：原子尺寸，电负性，电子浓度，晶体结构15、何谓固溶强化？置换固溶体和间隙固溶体的强化效果哪个大？为什么？答：固溶强化：在固溶体中，随着溶质浓度的增加，固溶体的强度、硬度提高，而塑性、韧性有所下降的现象。间隙固溶体的强化效果大于置换固溶体的强化效果。原因：溶质原子与溶剂原子的尺寸差别越大，所引起的晶格畸变也越大，强化效果越好。间隙固溶体晶格畸变大于置换固溶体的晶格畸变16、何谓间隙相？它与间隙固溶体及复杂晶格间隙化合物有何区别？答：间隙

10、相：当非金属原子半径与金属原子半径的比值小于0.59时，形成的简单的晶体结构称为间隙相。间隙相与间隙固溶体有本质的区别，间隙相是一种化合物，它具有与其组元完全不同的晶格结构，而间隙固溶体则任保持着溶剂组元的晶格类型。间隙相与间隙化合物相比具有比较简单的晶体结构，间隙相一般比间隙化合物硬度更高，更稳定。17.Ag与Al都具有面心立方晶格，原子半径接近，但是在固态下却不能无限互溶，试解释其原因解：互溶度的影响因素：1）尺寸差；2）电负性：由于Ag和Al的电负性差别较大，因此不能形成无限固溶体；3）、电子浓度的影响：由于Al的化合价较高，电子浓度较高，因此在Al基的溶解度较低；4）晶体结构的影响：两

11、者均为面心立方晶系；综上，上边涉及的均为影响固溶度的主要因素，只有四个因素都有利时，才有可能形成无限固溶体。 18.C可以溶于-Fe和-Fe的间隙中，-Fe的致密度K=0.68，-Fe的K=0.74，但后者的溶C能力比前者大，通过计算说明原因（-Fe在727时原子半径为0.1252nm，后者为0.1293nm）答：-Fe是体心立方晶体，-Fe是面心立方晶体，体心立方晶格的最大间隙是四面体间隙，面心立方晶格的最大间隙是八面体间隙； -Fe最大间隙是四面体间隙为0.126a ,-Fe最大间隙是八面体间隙为0.146a, 对于-Fe，RA=/4.a=0.1252 nm RB=0.126a=0.036

12、43 nm 对于-Fe，RA= /4.a=0.1293 nm RB=0.146a=0.05340 nm -Fe的致密度虽然比-Fe的低，但因它的间隙数量少，间隙直径小，所以它的溶碳能力比-Fe的低。19.说明固溶体和金属化合物在晶体结构和机械性能方面的区别解：形成固溶体一般不改变晶体的晶格结构，只会造成晶格的畸变；但是形成金属化合物则具有复杂的晶格结构，其晶格类型不同于任意一种组元，是组元之间相互作用形成的新相，又称为中间相 在固溶体中：随着溶质的浓度的提高，则会造成固溶强化，固溶强化是产生固溶体造成晶格畸变的结果；金属化合物的存在会造成合金硬度、强度、耐磨性、耐热性的提高，塑性、韧性会降低2

13、0.点缺陷分为哪几种，画图说明之；他们对金属性能的影响？解：分为：空位：肖脱基空位+弗兰克尔空位；在固态金属扩散的过程中起重要作用 间隙原子：形成弗兰克尔空位的同时，一般也形成间隙原子 置换原子：造成晶格畸变不论哪种点缺陷，都会造成晶格畸变。使屈服强度升高，电阻变大，体积膨胀等；此外，点缺陷的 存在，降加速金属中的扩散过程。21、何谓刃型位错和螺型位错？定性说明刃型位错的弹性应力场与异类原子的相互作用，对金属力学性能有何影响？ 答：刃型位错：设有一简单立方晶体，某一原子面在晶体内部中断，这个原子平面中断处的边缘就是一个刃型位错，犹如一把锋利的钢刀将晶体上半部分切开，沿切口硬入一额外半原子面一样

14、，将刃口处的原子列为刃型位错线。螺型位错：一个晶体的某一部分相对于其余部分发生滑移，原子平面沿着一根轴线盘旋上升，每绕轴线一周，原子面上升一个晶面间距。在中央轴线处即为一螺型位错。刃型位错的应力场可以与间隙原子核置换原子发生弹性交互作用，各种间隙及尺寸较大的置换原子，聚集于正刃型位错的下半部分，或者负刃型位错的上半部分；对于较小的置换原子来说，则易于聚集于刃型位错的另一半受压应力的地反。所以刃型位错往往携带大量的溶质原子，形成所谓的“柯氏气团”。这样一来，就会使位错的晶格畸变降低，同时使位错难于运动，从而造成金属的强化。22.晶体的面缺陷分为哪几种？影响表面能的因素的因素有哪些？晶界有何特性？

15、解：分为：晶体表面；晶界；亚晶界；堆垛层错；相界影响表面能的因素：1）外部介质的性质，外部介质的分子或原子对晶界表面原子的作用力与晶内对界面原子的作用力越悬殊，表面能越大；反之越小2）裸露晶面的原子密度：裸露晶面是密排面时，表面能越小，非密排面表面能大；3）晶体表面的曲率：曲率越大，或曲率半径越小，表面能越大晶粒结构相同但是位相不同的晶粒之间的界面叫晶界：小角度晶界，位相差小于为10，界面组成为位错；大角度晶界：大于1023何谓柏氏矢量？用柏氏矢量判断图中所示的位错环中A、B、C、D、E五段位错各属于哪一类位错？ 答：柏氏矢量：不但可以表示位错的性质，而且可以表示晶格畸变的大小和方向，从而使人

16、们在研究位错时能够摆脱位错区域内原子排列具体细节的约束。A是右螺旋型位错、B左螺旋型位错、C是负刃型位错、D正刃型位错、E是混合型位错第二章1、名词解释：略2、根据结晶的热力学条件解释为什么金属结晶时一定要有过冷度？冷却速度与过冷度有什么关系？答：由热力学第二定律知道，在等温等压条件下，一切自发过程都朝着使系统自由能降低的方向进行。液态金属要结晶，其结晶温度一定要低于理论结晶温度Tm，此时的固态金属自由能低于液态金属的自由能，两相自由能之差构成了金属结晶的驱动力。要获得结晶过程所必须的驱动力，一定要使实际结晶温度低于理论结晶温度，这样才能满足结晶的热力学条件。过冷度越大，液、固两相自由能的差值

17、越大，即相变驱动力越大，结晶速度越快，所以金属结晶必须有过冷度。冷却速度越大，过冷度越大；反之，冷却速度越小，则过冷度越小.3.结晶过程中的普遍规律是什么？绘图说明纯金属的结晶微观过程。解：形核及晶核长大 4.何谓结构起伏？它与过冷度有何关系？解：液态金属中近程有序原子团瞬时出现，瞬时消失，此起彼伏变化不定，这种不断变化的近程有序的原子集团就叫结构起伏，也叫相起伏在过冷液相中，rmax尺寸可达几百个原子范围，根据结晶的热力学条件可判断，只有在过冷液体中出现尺寸较大的相起伏，才有可能再结晶时转变为晶核，这些相起伏就是晶核的胚芽，称为晶坏。过冷度越大，结构起伏越大，也就是说形成的rmax尺寸越大。

18、5.综述金属的均匀形核过程（1）证明临界晶核半径rk=2/Gv；晶胚的体积为V，表面积为S，液固两相单位体积自由能之差为Gv，单位面积的表面能为，系统自由能变为G； G=-VGv+S=-4/3r3Gv+4r2. 对式进行微分并令其等于零，可得： rk=2/Gv（2）证明临界形核半径rk=2/LmT；rk=2/Gv； Gv=Lm.T/Tm； 即rk=2Tm/LmT（3）证明临界形核功Gk=Sk/3；当r=rk时G=Gk； G =-4/3r3Gv+4r2.； rk=2/Gv； Gk=1/34(2/Gv) 2. =1/3 Sk（4）、均匀形核的条件是什么；答：要有结构起伏与能量起伏；液态金属要过冷，

19、且过冷度必须大于临界过冷度；结晶必须在一定温度下进行。（5）、过冷度对形核率N有何影响？答：开始时，形核率随过冷度的增加而增大，当超过极大值之后，形核率又随过冷度的增加而减小，当过冷度非常大时，形核率接近于零。6、何谓非均匀形核？叙述非均匀形核的必要条件.答：非均匀形核：新相优先出现于液相中的某些区域的形核方式。必要条件：（1）液体必须过冷，提供形核的热力学条件，G0；（2）有结构起伏；（3）有能量起伏G0、能量起伏、结构起伏，而固溶体合金结晶过程还需要成分起伏；固溶体是结晶出的晶体与液相成分不同的结晶，纯金属是结晶出的晶体成分与液相相同的结晶相组成物冷却曲线10、何谓相组成物和组织组成物？画

20、出冷却曲线答：组织组成物：按组织形貌特征划分合金的基本单元；相组成物：仅从组织成分、晶体结构划分合金组织的基本单元。 11、为什么利用包晶转变可以细化晶粒？举例说明之。什么是包晶偏析？如何消除？ 答：在包晶转变前形成大量细小化合物，起非均匀形核作用，从而具有良好细化晶粒作用。例如：在铝及铝合金中添加少量钛，可获得显著细化晶粒效果。包晶偏析：由于包晶转变不能充分进行而产生的化学成分不均匀现象。可采用长时间的扩散退货来减少或消除12.如何根据相图大致判定合金的力学性能、物理性能和铸造性能？答：对于匀晶系、共晶系、包晶系合金的强度、硬度电导率随溶质原子含量变化的规律（一图） 从铸造工艺性能来看，共晶

21、合金的熔点低，并且是恒温凝固，故溶液的流动性好，凝固后容易形成集中缩孔，而分散缩孔（缩松）少，热裂和偏析的倾向较小，因此铸造合金宜选择接近共晶成分的合金。共晶、均晶铸造性能对比（二图）13.何谓共析转变？与共晶转变有什么异同？答：共析转变：一定成分的固相在一定温度下分解为另外两个一定成分的固体转变过程。相同点：都是由一个相分解为两个相的三相恒温转变，三相成分点在相图上的分布是一样的。不同点：共析反应的反应相是固体，而共晶反应的反应相是液相。共析组织比共晶组织致密。14.试画出由两个包晶反应、一个共晶反应和一个包析反应组成的二元合金相图。15.根据pb-sn相图，定性的画出w（sn）=28%的亚

22、共晶合金的冷却曲线和曲线各线段上的组织（相图见79页，F G点成分分别为w（sn）=2%和w（sn）=99%），求合金在下列温度是组织中哪些相及相的相对含量：（1）（a）t265；（b）刚冷至183，共晶转变尚未开始；（2）（c）在183共晶转变完毕；（d）冷至室温。解：相组成物的相对含量：（1）100%L (b)21.0%L 79.0%（2）（c）88.5% 11.5% （d）88.5% 11.5%组织组成物的相对含量：（1）（a）100% L （b）21.0%L 79.0% （2）（c）21.0%（M+n） 79.0%初（d）21.0%（M+n）；17.5%2（17/97）；61.5%初1

23、6.根据铅银相图，绘出w（Ag）=22%的合金的冷却曲线及曲线各线段上的组织（相图88页，假设点E F的成分分别w（Ag）=2%和=92%），求w（Ag）=22%的合金在下列温度时组织中的哪几个相及各相的相对含量：（1）刚冷至1186，包晶反应尚未开始；（2）在1186，包晶反应完毕；（3）冷至室温答：相组成及含量：（1）20.6%L+79.4%（2）64.0%+36.0% （0.794-0.206*0.4283/0.5717）（3）64.0%+36.0% （【22-10.5】/【42.4-10.5】）17. 3-8 组员A的熔点为1000，组员B的熔点为700，在800存在包晶反应：（W B

24、=5%）+L（W B=50%）（W B=30%）；在600存在共晶反应：L（W B=80%）（W B=60%）+（W B=95%）；在400存在共析反应：（W B=50%）（W B=2%）+（W B=97%）.根据这些数据画出相图。答：第四章1、何谓铁素体、奥氏体和渗碳体？他们的晶体结构如何？性能如何？2、标注出图上的点、线和相区，说明有几个恒温反应。1.单相区5个相图中有5个基本的相，相应的有5个相区：液相区(L)ABCD以上区域固溶体区AHNA奥氏体区()NJESGN铁素体区()GPQ(Fe3C)DFK直线以左渗碳体区2.两相区7个两相区分别存在于两个相应的单相区之间：L+AHJBAL+B

25、JECBL+Fe3CDCFD+HNJH+GPSG+ Fe3CESKFCE+ Fe3CPQLKSP+ Fe3C+3.三相区3个包晶线水平线HJB(L+)共晶线水平线ECF(L+Fe3C)共析线水平线PSK(+ Fe3C)包晶转变 发生在1495（水平线HJB），反应式为：LB+HJ式中L0.53含碳量为0.53%的液相；0.09含碳量为0.09%的固溶体；0.17含碳量为0.17%的固溶体，即奥氏体，是包晶转变的产物。含碳量在0.090.53%之间的合金冷却到1495时，均要发生包晶反应，形成奥氏体。共晶转变发生在1148（水平线ECF），反应式为：LCE+Fe3C共晶转变的产物是奥氏体与渗碳体

26、的机械混合物，称为莱氏体，用Ld表示。凡是含碳量大于2.11%的铁碳合金冷却到1148时，都会发生共晶反应，形成莱氏体。共析转变发生727（水平线PSK），反应式为：SP+Fe3C共析转变的产物是铁素体与渗碳体的机械混合物，称为珠光体，用字母P表示。含碳量大于0.0218%的铁碳合金，冷却至727 时，其中的奥氏体必将发生共析转变，形成珠光体。Fe-Fe3C相图中的ES、PQ、GS三条特性线也是非常重要的，它们的含义简述如下：ES线（Acm线）是碳在奥氏体中的溶解度曲线。奥氏体的最大溶碳量是在1148时，可以溶解2.11%的碳。而在727时，溶碳量仅为0.77%，因此含碳量大于0.77%的合金

27、，从1148冷到727的过程中，将自奥氏体中析出渗碳体，这种渗碳体称为二次渗碳体(Fe3CII)。PQ线是碳在铁素体中的溶解度曲线。727时铁素体中溶解的碳最多(0.0218%)，而在200仅可以溶解710-7%C。所以铁碳合金由727冷却到室温的过程中，铁素体中会有渗碳体析出，这种渗碳体称为三次渗碳体(Fe3CIII)。由于三次渗碳体沿铁素体晶界析出，因此对于工业纯铁和低碳钢影响较大；但是对于含碳量较高的铁碳合金，三次渗碳体（含量太少）可以忽略不计。GS线（A3线）是冷却过程中，奥氏体向铁素体转变的开始线；或者说是加热过程中，铁素体向奥氏体转变的终了线（具有同素异晶转变的纯金属，其固溶体也具

28、有同素异晶转变，但其转变温度有变化）。3. 何为莱仕体？何谓珠光体？画出显微组织图。分别计算莱氏体中共晶渗碳体、二次渗碳体、共析渗碳体的含量。答：莱氏体：奥氏体和渗碳体的机械混合物。珠光体：铁素体和渗碳体的机械混合物。共晶渗碳体含量：W Fe3C（晶）=（4.3-2.11）/（6.69-2.11）100%47.8%，W A=1- W Fe3C（共）52.2%二次渗碳体含量：W Fe3C=（2.11-0.77）/（6.69-0.77）W A100%11.8%共析渗碳体含量：W Fe3C（析）=（0.77-0.0218）/（6.69-0.0218）（W A - W Fe3C）100%4.5%4、何

29、谓一次渗碳体、二次渗碳体和三次渗碳体？何谓共晶渗碳体和共析渗碳体？在显微镜下他们的形态有何特点？计算二次渗碳体和三次渗碳体的最大百分含量。5.有一亚共析钢平衡组织中含w（P）=56%，计算该钢的含碳的质量分数。解：设其质量分数为x% 根据杠杆定律知（x-0.0218）/（0.77-0.0218）=0.56得x=0.44%6.根据Fe-Fe3C相图，试分析含碳量分数0.45%的碳钢、1.2%的碳钢、4.3%的工晶白口铁 2.5%的亚共白口铁 4.7%过共晶白口铁缓冷时组织转变，画出温度-时间冷却曲线及每一阶段的显微组织示意图，并计算组织组成物和相组成物的相对质量分数。 解:图略7.利用杠杆定律，

30、计算下列各题：（1）w（C）=0.45%的碳钢平衡组织中的先共析铁素体和珠光体的相对质量分数；（2）w（C）=1.2%的碳钢平衡组织中的二次渗碳体和珠光体的相对质量分数；（3）w（C）=3.2%的亚共晶白口铁室温平衡组织中的P，二次渗碳体和莱仕体的相对质量分数，并按照相组成物计算铁素体和渗碳体的相对质量分数。 解：（1）先=42.8% P=57.2% （2）FeC2=7.3% P=92.7% （3）初晶中析出的二次渗碳体含量13.4%8.求P组织中的铁素体相的相对质量分数是多少？若某些铁碳合金组织中出了珠光体外，还有15%的二次渗碳体，试求该合金的含碳的质量分数。答：铁素体含量88.8% 该钢

31、种为过共析钢设为x%C （x-0.77）/（6.69-0.77）=0.15 得x=1.66含碳量为1.66%9.求莱仕体中的共晶渗碳体的相对质量分数是多少？若某些铁碳合金平衡组织中含有10%的一次渗碳体，试求该合金的含碳质量分数是多少？解：47.8% （4.3-2.11）/（6.69-2.11） 过共晶白口铁 设为x% （x-4.3）/（6.69-4.3）=0.1 x=4.539 含碳量为4.539%10.从化学成分，晶体结构，形成条件，组织形态上分析一次渗碳体二次渗碳体和三次渗碳体之间的异同点，并说明他们对铁碳合金的性能的影响。答：一次渗碳体：直接由液态结晶出来的渗碳体，形态是白色长条状。

32、二次渗碳体：由奥氏体超出碳溶解度而析出来的，形态是沿着奥氏体晶界分布，成网状。三次渗碳体：由铁素体超出碳溶解度而析出来的，形态是沿着铁素体晶界分布，由于含量太少，形不成网状，以短棒状分布于铁素体晶界。 共晶渗碳体：共晶反应生成的渗碳体，与奥氏体共同形成莱氏体，形态白色条状，大小不一。共析渗碳体：共析反应生成的渗碳体，与铁素体共同形成珠光体，形态一般是白色片状。渗碳体是硬脆相。渗碳体以细片状分散地分布在铁素体的基体上起了强化作用。脆性的二次渗碳体在含碳质量分数高于1%时于晶界形成连续的网格状，使钢的脆性大大增加。含碳量对铁碳合金性能的影响：渗碳体的硬度很高，但是极脆，不能使合金的塑性提高，合金的

33、塑性变形主要由铁素体来提供。因此合金中含碳质量分数增加而使铁素体减少时，铁碳合金的塑性不断降低，当组织中出现以渗碳体为基体的莱氏体时，塑性降低到接近零值。冲击韧性对组织十分敏感。含碳质量分数增加时，脆性的渗碳体增多，当出现网状二次渗碳体时，韧性急剧下降。总体来看，韧性比塑性下降的趋势要大。硬度是对组织和组成相的形态不十分敏感的性能，它的大小主要决定于组成相的数量和硬度。因此随着含碳质量分数的增加、高硬度渗碳体的增多，低硬度铁素体的减少，铁碳合金的硬度呈直线升高。为了保证工业上使用的铁碳合金具有适当的塑性和韧性，合金的渗碳体相的数量不应过多。对碳素钢及普通低中合金钢而言，其含碳质量分数一般不超过

34、1.3%.11、根据Fe-C合金平衡组织说明以下几种情况：（1）含碳量（C）=0.8%的钢比含碳（C）=0.4%的亚共晶钢强度高、硬度高而塑性韧性差；（2）（C）=1.2%的碳钢比（C）=0.8%的碳钢硬度高，但强度低。 答：（1）随碳含量升高，珠光体含量升高，故硬度随碳含量升高而升高，强度在（C）Te2Te3;TcTe1;Te3Te,试做出：（1）T=Te1； （2）T=Te2； （3）T=Te3是的等温截面 5.是说明三元共晶（组元在固态下互不相容）投影图中各点线面的金属学意义，并填写六个相区的组织组成物。解：6.根据下图说明：（1）n成分合金在结晶过程中，为什么液相的成分沿着An延长线变

35、化？（2）为什么AE,BE,CE是直线？（3）画出合金n及o结晶过程的组织转变图，并求出结晶完成后，组织组成物和相组成物的相对含量（表达式）答： n成分合金在温度降至T1时，开始析出A组元，随着温度逐渐降低，A晶体不断增加，液相的数量也不断减少，由于A的成分保持不变，根据直线法则，液相成分沿着An延长线变化 AE BE CE三条线都为三相区相互接触的线，二相区都为直角边三角形，故为直线室温下的组织为A +（A+B+C） 前者的含量为nE/AE 后者为An/AE7.图是三元共晶相图的投影图，并作出Bb，cd fg hi 四个变温截面图。 8.根据6题图写出1 2 3 4 5 6各区，AE BE

36、CE线，e1e，e2e e3E以及点E合金在室温下的组织组成答：组织为：A (A+B) (A+B+C)组织为：B (A+B) (A+B+C)组织为：B (C+B) (A+B+C)组织为：C (C+B) (A+B+C)组织为：C (A+C) (A+B+C)组织为：A (A+C) (A+B+C)AE组织为：A (A+B+C); BE组织为:B (A+B+C);CE组织为:C (A+B+C)e1e组织为: (A+B) (A+B+C); e2e组织为: (C+B) (A+B+C); e3E组织为(A+C) (A+B+C)E合金组织为:(A+B+C)第六章1.画出低碳钢的拉伸曲线，标出弹性变形，塑性变形

37、和断裂三阶段。解：弹性变形：oe 塑性变形：eb；断裂：bk2.何谓刚度？影响因素有哪些？为什么说他是组织不敏感性能指标？解：刚度：工程上零件或构件产生弹性变形的难易程度叫做零件或者构件的刚度 影响因素：取决于原子间的结合力的大小，只与金属的本性，晶体的结构，晶格常数有关，而与金属材料的合金化，加工过程及热处理原理影响不大。因此是一个对组织不敏感指标3.弹性变形的物理本质是什么？它与原子间结合力有什么关系？解:金属晶格结构在外力作用下产生的弹性畸变。当金属受到外力时，其内部的原子偏离平衡位置，由于所加的作用力未超过原子间的结合力，所以外力与原子间的结合力暂时处于平衡。当外力去除后，在原子间的结

38、合力的作用下，原子立即回复到原来的平衡位置的过程。4.塑性变形的物理本质是什么？塑性变形的基本方式有哪几种？解：外力作用大于原子间的结合力的作用，使得原子间产生了不可回复的相对滑动塑性变形的基本方式：滑移、孪生5、什么是滑移？绘图说明拉伸变形时，滑移过程中晶体的转动机制。答：滑移：晶体的一部分相对于另一部分沿着某些晶面和晶相发生相对滑动的结果，这种变形方式称为滑移。6、名词解释 滑移系：一个滑移面和此面上的一个滑移方向结合起来组成一个滑移系回复：是指经冷塑性变形的金属在加热时，在光学显微组织发生改变前(即在再结晶晶粒形成前)所产生的某些亚结构和性能的变化过程。再结晶：冷变形后的金属加热到一定温

39、度之后，在原来的变形组织中重新产生了无畸变的新晶粒，而性能也发生了明显的变化，并恢复到完全软化状态，这个过程称之为再结晶。7.已知纯铜的【-110】（111）滑移系的临界分切应力tk为1Mpa。（1）要是（-111）面上的位错能否沿着【101】方向发生滑移，至少要在【001】方向上施加多大的应力？（2）说明此时（-111）面上的位错能否延【110】方向滑移。解：（1）cos=-1 1 1*0 0 1/3 cos=1 0 1*0 0 1/2 Tk=s* cos* cos 得s=6tk （2）不能，此时为硬位相8.对铝单晶式样，延【-112】方向上施加2.0Mpa的拉应力，铝合金开始沿着（111）

40、面首先发生滑移；（1）试确定此时的滑移方向，说明理由（2）计算该滑移系临界分切应力大小（3）计算外力拉应力在（-111）滑移系上的分切应力大小。据此说明该拉伸条件下铝单晶体式样表面滑移线的特点。解：（1）Al为面心立方结构，故在（111）面上的滑移方向有101110011,若能够首先发生滑移，那么说明取向因子为最大值时，首先发生滑移。故011方向首先发生滑移 （2）Tk=s* cos* cos=s （3）Tk=s* cos* cos=2s.在该拉伸条件下，表面滑移线是相互平行的线条9、试叙述滑移的本质。用位错理论解释晶体滑移时临界切应力的理论值与实验值相差十分悬殊的原因?答：滑移的本质：位错在切应